微波烧结纳米氧化锌陶瓷材料研究

论文摘要

纳米氧化锌是一种多功能新型无机材料,其颗粒大小约在1～100纳米。由于晶粒的细微化,其表面电子结构和晶体结构发生变化,产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应以及高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能,使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值,具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。为了获得均匀细晶结构,减小初始粉体粒径是重要途径,但传统烧结在加热过程中不能避免晶粒长大,而微波烧结独特的整体加热和低温快烧等特点有助于优化显微结构。本文对在BJ22型矩形波导微波烧结装置中加热烧结颗粒度为20至40纳米的氧化锌粉末开展了实验研究,对加热腔体的场型结构特点和纳米氧化锌粉体加热升温特性进行了讨论,用扫描电镜分析了烧制样片的显微结构。研究结果表明,微波烧结条件下压坯内外同时受热而致密化,升温过程中内部温度差异很小,体现了微波烧结整体加热的特点;陶瓷等介质材料在电场区升温迅速,而在磁场区无明显热效应;纳米氧化锌粉体介质损耗随温度升高而增大,能量吸收和转化过程越来越快,升温速度也越来越大。显微结构分析表明,烧结温度对材料能否致密化以及显微结构特征起决定作用。微波烧结条件下约570℃晶粒即开始长大。在较低温度下（600-700℃）,纳米氧化锌晶粒生长缓慢,且孔隙较多,晶粒非常细小,致密化很不完全。温度升至800℃左右,晶粒迅速长大,孔隙很少且十分细小,致密化程度高;温度过高会导致晶粒在短时间内异常长大。在一定温度条件下,保温可以有效促进晶粒进一步长大和气体排出,减少和缩小孔隙,促进致密化。因此,在烧结过程中,保温是材料实现致密化的重要影响因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 材料基本性能与显微结构特征
• 1.1.1 陶瓷材料显微结构特征
• 1.1.2 陶瓷材料强度
• 1.1.3 韧性和增韧
• 1.2 微波烧结技术
• 1.2.1 微波烧结原理
• 1.2.2 材料分类
• 1.2.3 微波烧结特点
• 1.2.4 微波烧结技术应用
• 1.3 微波烧结与传统烧结比较
• 1.4 选题意义
• 第2章 实验装置和工艺
• 2.1 微观机理
• 2.2 场型分析（矩形波导中TE10 模的电磁场结构和分布研究）
• 2.3 烧结装置
• 2.4 烧结工艺
• 2.4.1 工艺参数
• 2.4.2 烧结场型
• 2.4.3 辅助加热和保温
• 2.5 实验设备
• 第3章 实验和讨论
• 3.1 实验思路
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 BJ22 型加热腔微波场结构
• 3.2.2 红外测温
• 3.2.3 样品分析
• 3.3 实验安排
• 3.3.1 主要原料
• 3.3.2 原料处理
• 3.3.3 实验参数
• 3.3.4 主要步骤
• 3.4 结果和讨论
• 3.4.1 纳米氧化锌粉体加热特性
• 3.4.2 反射-温度对应关系
• 3.4.3 腔体内场型结构特点对材料加热效果的影响
• 3.4.4 腔体内驻波结构及分布特点对材料加热效果的影响
• 3.4.5 烧结温度
• 3.4.6 保温时间
• 3.4.7 烧结方式
• 3.4.8 其它
• 第4章 分析
• 4.1 烧结机理
• 4.2 腔体内微波场结构和分布特点
• 4.3 加热特性
• 4.4 工艺条件
• 4.4.1 烧结温度
• 4.4.2 保温时间
• 4.5 物相分析
• 4.6 显微结构分析
• 4.6.1 粉体压坯SEM
• 4.6.2 不同烧结温度或保温时间的烧结体SEM 分析
• 4.7 烧结体断口分析
• 第5章 结论
• 5.1 微波烧结特点
• 5.2 烧结场型
• 5.3 纳米氧化锌粉体加热特性
• 5.4 烧结工艺条件
• 5.5 抗弯强度（韧性）
• 5.6 改进措施
• 5.7 前景和展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢